Python剖析0

写在前面

之前一直在纠结该不该把「算法导论」的读书笔记系列写完,后来考虑到下半年出国读书时,高级算法课依然将会是一门必修课,因此决定把「算法导论」读书笔记系列安排到上课时一起进行,而不需要分两次学习算法了。

于是,马上切换到下一个比较感兴趣的点上——Python源码剖析。

陈儒先生曾经出过一本书,就叫「Python源码剖析」,但是这本书出得比较早,是2008年出版的,现在基本已经买不到了,早就停印了。 曾经在大学期间和研究生期间看过,确实对理解Python的内部实现有很大帮助,可惜随着时间的推移,这本书:

  1. 太古老了,Python语言每年都在进行变化,很多内部结构发生了变化,「Python源码剖析」中的内容很多都和现在的源码不一致了。
  2. 只涵盖了Python2的部分,对于目前主流的Python3并没有涉及。

因为上述两个问题,使得我们很难真正理解Python的底层实现是什么样的,于是乎我就产生了好好研究一下Python源码的想法。

虽然在很多人看来,这也许是一个没有太大意义的事情,只要懂得用就行了,何必花大力气去看源码呢?而且在众多的语言中 Python的实现绝不是最好的。

对于这些疑问,我只能说,这就是我的兴趣,我喜欢Python,我更加深入地了解它,仅此而已!

在正式开始之前,有个研究PLT的朋友向我推荐了15年新出的一本书: 「 Fluent Python 」,这也是一本针对Python的高阶书籍,主要是对Python的设计哲学进行论述,感觉还不错。

接下去的计划是这样的:

  1. 首先把陈儒先生的「Python源码剖析」和Luciano Ramalho的「Fluent Python」过一遍,做出读书笔记,对Python实现有个大概了解
  2. 在陈儒先生的基础之上,自己阅读目前Python3的源码,分析提炼出自己觉得有价值的内容。

何谓Python

这里所说的Python其实包含了两个意思,第一层意思是指Python语言,这是一种具体的编程语言,它有它相应的规范和文法;第二层意思是指Python这个编程语言的具体实现,最常用的一个实现就是CPython,用C语言实现的Python版本,其他还有JPython,PyPython等等。 这就好比是C语言有ANSI C这个规范,同时有很多符合这个规范的实现(编译器),比如GCC系列和Borland系列. 而对于Python这种动态语言来说,它的具体实现称作解释器。 我比较感兴趣的是CPython的具体实现,因此本文以及后续所有的文章都是围绕CPython这个实现来展开的。

Python总体框架

Python的整体框架如上图所示,主要有三个组成部分:

  1. 文件系统: 包含了Python本身的代码文件、内置的库文件已经用户自定义的模块。
  2. Python核心: 本质其实就是Python解释器,通过词法分析、语法分析、生成字节码等流程,将写好的Python程序转化成为Python虚拟机可以执行的字节码。
  3. Python运行时环境,包括了对象/类型系统(Object/Type structures),内存分配器(Memory Allocator)和运行时状态(Current State of Python).对象/类型系统负责管理Python运行过程中的各种内建对象以及用户自定义的类型和对象;内存分配器负责自动管理内存的申请和释放;运行时状态则维护了程序执行过程中各种不同状态的切换。

Python源代码组织

Python 3.5.1的源代码组织结构如下所示:

其中各个目录主要作用如下:

  • Doc: 不用说,这个目录是存放Python文档的目录.Python的文档是基于Sphinx制作的,采用reStructuredText进行写作。
  • Grammar: 该目录只有一个Grammar文件,包含了描述Python整个文法,以BNF的形式写在了Grammar文件中。
  • Include: 该目录下包含了Python提供的所有头文件。
  • Lib: 该目录包含了Python自带的所有标准库,Lib中的库都是用Python写成的。
  • Mac: 针对Mac系统的配置代码
  • Misc: 一些不太好归类的文件都放在这里了。
  • Models: 该目录包含了所有用C语言编写的模块,这些模块对速度有比较高的要求,因此都是用C写成的,而对速度没有太高要求的模块都是用Python写成放入Include目录。
  • Objects: 该目录中包含了Python的内建对象的实现。
  • Parser: Python的词法分析器和语法分析器。
  • PC: 比较老的Windows和OS2的Port的项目以及Port用到的一些公用文件放在这里,PCBuild要用到这个目录的内容.
  • PCBuild: Python用于VS 2015的Project文件
  • Programms: 可执行文件的源代码。
  • Python: 该目录下包含了Python解释器和虚拟机,是Python运行的核心。
  • Tools: 扩展Python所需要的工具。

参考资料

修改日志

  • 2016年4月23日 首次发布
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